平面电感器的制造方法
【专利说明】平面电感器
[0001] 本发明涉及一种用于渐进式表面层硬化的平面电感器，包括承载件和感应线圈， 感应线圈由承载件容纳，在承载件的第一侧面上露出，并且是导体环的形式。平面电感器在 推进操作中在金属工件待硬化的表面上被引导。这里导体环位于与待硬化表面平行的平面 内，其中作为感应线圈的导体环和表面之间留有预定的间隔间隙。为了允许通过感应进行 尽可能高效的加热，通常设定毫米范围或亚毫米范围内的小间隔间隙。然而另一方面，还 必须避免感应线圈和待硬化工件的直接接触，以便防止局部过热以及因熔化造成的材料粘 连。
[0002] 平面电感器特别可以用在大滚动轴承的情形中，用于硬化工作表面。相应的方法 在 DE102005006701B3 和 DE102008033735A1 中公开。
[0003] 在所提文件中仅简要示出的电感器具有带两个平行分支的导体环。这里的分支在 渐进式表面层硬化期间垂直于电感器移动的方向而进行取向，并且可以布置在由磁通量集 中材料构成的承载件上。利用电感器，其下布置的表面被加热至引起表面层结构转换的温 度，热表面随后在推进操作中被淬火，为了淬火的目的，例如使用喷洒器来施加冷却液。
[0004] 在推进操作中的表面层硬化期间，为了能够维持平面电感器和待硬化表面之间的 预定距离，电感器通常被布置为可通过调节机构调节或者为浮动的方式，其中利用布置在 电感器旁边的测量辊来进行距离的测量。实践中已证明测量辊的使用是成功的。然而，如 果根据DE102005006701B1的方法，两个电感器在环形表面上以相对的方向移动，所述电感 器在表面层硬化的初始和终点处必须尽可能彼此靠近，并且因此横向布置辊的使用并不是 方便可行的。此外，辊没有用于直接的抵抗力，而是仅仅用于测量距离，间隙尺寸随后通过 适当的调节而进行跟踪。已知的系统无法在硬化操作初始阶段在所有情况下保持间隙恒 定，因为在初始阶段通过接通电流会产生吸引力，该吸引力将电感器吸到待硬化的表面上， 从而无法排除损坏。
[0005] 为了避免在硬化大滚动轴承期间的这种接触，已知是在接通电流时立即在电感器 和待硬化表面之间引导由聚四氟乙烯制成的塑料带。塑料带随后用作间隔件，避免电感器 直接撞击待硬化的金属表面。随着获得了恒定的交流电流，吸引力随之减小，因而使用者可 以移除塑料带。如果塑料带在电感器和待硬化表面之间保留时间过长，则存在塑料带熔化 或瓦解的风险，进而会发生污染。
[0006] 本发明的目的在于提出一种用于渐进式表面层硬化的平面电感器，利用该平面电 感器可以改进操作可靠性。
[0007] 本发明涉及如权利要求1所述的平面电感器，并且本发明的目的也是由其实现 的。始自所讨论的平面电感器类型，根据本发明提供有两个间隔元件，两个间隔元件被布置 为彼此间隔距离，并且被插入到承载件中，并且在第一侧面上从承载件突出并超过导体环。 彼此间隔开的间隔元件被提供作为安全设备，以便避免导体环和待硬化表面之间的直接接 触。通过使用彼此间隔开的两个间隔元件实现了均匀支撑。特别地，在每种情形中通过两 个间隔开的间隔元件可以实现基本上点状的支撑，并且因此电感器的其它功能未受影响。
[0008] 在本发明的上下文中并未排除电感器整体上配备多于两个间隔元件。然而，具有 恰好两个彼此间隔开的间隔元件的配置是优选的。
[0009] 平面电感器通常是平的或基本是平的。作为对应，承载件的第一侧面也为平面，其 中感应线圈通常被插入到该平面中，要么与其表面平齐，要么略微从平面突出。此外，电感 器优选具有长方形形状，其具有长边和短边。特别地，长边与短边的长度比可以为2:1或更 大。具有长度比为4:1至5:1的配置是特别优选的。
[0010] 考虑到具体提供的结构配置，两个间隔元件彼此尽可能远地进行布置，以便首先 实现稳定支撑，以及其次不妨碍电感器的其它功能。对于前述的长方形形状，相应优选的 是，两个间隔元件之间的距离为长边长度的至少50%，特别优选为60%。
[0011] 如果导体环具有沿长边延伸的分支（Iirnb)，则间隔元件可以被布置在分支之间。 这种带两个分支的导体环的连接这里通常发生在分支之间或者在分支之一中的中断点 (interruption)处。如果连接形成在两个分支的第一端部，则两个分支在它们相对的第二 端部彼此相连，以便形成导体环。相比之下，如果连接形成在分支之一中的中断点处，则分 支在它们的两个端部处彼此相连，以便从该连接起形成闭环。
[0012] 承载件用来在预定位置处保持感应线圈和间隔元件。此外，承载件有利地被用于 磁通量集中，以便通过感应线圈改善功率耦合。承载件例如可以由软铁与塑料化合物制成， 其可以在压制和烧结工艺中进行处理，并且具有铁磁性和介电性能，因而适于高频电磁场 的集中或屏蔽。通过在非导电塑料基体中使用铁粉，即使是在高磁导率的情况下也能避免 祸流损耗。可购买到的适于承载件的磁通量集中材料例如具有Ferroton? and FluxtiOlfl 商标。
[0013] 当承载件在烧结工艺中生产的时候，可以直接形成用于线圈的接收槽以及用于间 隔元件的凹部。凹部可以被形成为盲孔的形式或者为连续开口的形式。然而或者，在所描 述材料的情形中，还提供以下优点，即所述材料仍可使用材料去除方法来进行处理。
[0014] 为了容纳导体环，横截面为U形的槽优选被形成在承载件的区域内，并且因此导 体环在插入后被磁通量集中材料横向包围。
[0015] 间隔元件必须由热和机械方面足够耐用的材料形成，为此根据本发明的优选实施 例，使用了陶瓷。陶瓷具有良好的尺寸稳定性、机械承载能力以及热稳定性。
[0016] 如果在电感器和待硬化表面之间的相对移动期间间隔元件碰触表面，则可以避免 刮伤或干扰。为此目的，间隔元件的接触表面具有圆形的形状，特别是球形形状，其中该接 触表面被提供用于与待硬化表面相接触。间隔元件可以通过圆柱部分被插入到承载件中。 作为对应，承载件中形成的凹部也随之为圆柱形，其中该凹部可以在用于制造承载件的烧 结工艺期间直接或者通过钻孔以特别简单的方式形成。
[0017] 利用间隔元件，在使用电感器期间，维持了最小间隙，避免了导体环和待硬化表面 之间的直接接触。根据本发明的优选实施例，间隔元件被提供仅仅作为间隙的附加跟踪失 败即被停用或未正常工作的情况下的替代支撑。在通常的渐进式表面层硬化期间，电感器 和待硬化表面之间的距离通过间隙的跟踪来调节，其中进而在间隔元件和待硬化表面之间 保留了间隙。
[0018] 因此，间隔元件优选地仅仅相对于导体环略微突出，以便首先允许相应控制设备 对间隙的自由控制，以及其次具有适当的可靠性以避免直接接触。间隔元件优选地相对于 由承载件的第一侧面形成的平面突出超过导体环0. 5至2mm。
[0019] 间隔元件可以不同方式被紧固到承载件上。原则上，可以在间隔元件上钻孔以利 用螺钉固定间隔元件，或者可以用夹紧机构来固定间隔元件。然而通过附着粘合永久固定 间隔元件是特别有利的。这里的优点在于，消除了间隔元件的后续调节。
[0020] 此外，可以特别简单的方式制造间隔元件附着粘合于其中的平面电感器。在一种 用于制造此前描述的平面电感器的优选方法中，首先制造承载件，该承载件具有用于感应 线圈的槽和用于间隔元件的凹部。如此前已经说明的那样，槽和凹部可以在由原材料形成 承载件期间直接形成，或者可以后续通过材料去除方法形成。感应线圈随后被插入到槽中 并且被固定。为了安装间隔元件，后者首先连同粘合剂被插入到相关联的凹部中，并且仅被 预定位。粘合剂可以被施加到间隔元件和/或凹部的侧壁。在间隔元件已被预定位后，后 者在粘合剂固化之前被压入到期望的位置。利用所描述的方法，间隔元件可以简单的方式 安装，并具有高精确度。这里凹部通常具有并未在压入操作中完全利用的高度。压入操作 的发生仅到达期望的位置，在该期望的位置处间隔元件距离感应线圈成预定距离。为了压 入，例如可以插入用于平面电感器的平行带，其中平行带具有基本平的表面，其仅在间隔元 件的区域内具有缺口。这里缺口的深度对应于间隔元件相对于感应线圈的